Rilevazione e classificazione dei livelli di coscienza mediante EEG-fNIRS parietale durante l'anestesia

Dispositivi per l'acquisizione dei dati I segnali elettrici cerebrali saranno misurati con quattro elettrodi e una scheda Cyton OpenBCI con una frequenza di campionamento di 250 Hz. I segnali emodinamici cerebrali saranno misurati con un NIRSport con 16 optodi e una frequenza di campionamento di 15.525 Hz e una lunghezza d'onda di 760 nm. Gli elettrodi e gli optodi saranno posizionati nella zona parietale, seguendo il sistema 10-5 raccomandato per il paradigma multimodale EEG-fNIRS. Il software Lab Streaming Layer verrà utilizzato per sincronizzare i dati EEG e fNIRS.

Acquisizione dei dati I pazienti saranno convocati 30 minuti prima del loro appuntamento clinico per mettere, regolare e calibrare i sistemi EEG e fNIRS. Verrà eseguita una misurazione di base di 5 minuti prima della procedura di endoscopia, con gli occhi chiusi. Successivamente, i pazienti saranno anestetizzati con una velocità di infusione costante di 20 mg/kg/h-1 di propofol per via endovenosa fino alla perdita di coscienza, entro 20 minuti. Durante l'infusione, la Scala Ramsay Modificata sarà utilizzata dall'anestesista incaricato per misurare i livelli di coscienza, valutati dalla risposta del paziente a stimoli verbali o dolorosi. Il livello di coscienza verrà valutato ogni due minuti fino alla completa perdita di coscienza, che si presume dopo la perdita della risposta difensiva o propositiva ad una seconda stimolazione tetanica standard. Successivamente, la procedura endoscopica continuerà normalmente seguendo i protocolli clinici standard. Prima di partire, ai pazienti verrà chiesto di rispondere al sondaggio BRICE, utilizzato per valutare l'esperienza del paziente durante l'intervento chirurgico o procedure simili. I pazienti saranno misurati durante l'intera procedura di endoscopia. Eventuali ulteriori considerazioni saranno gestite caso per caso dal personale medico preposto.

Giustificazione della dimensione del campione scelta La dimensione del campione (n = 25) è stata determinata mediante il test di Cohen, con una potenza statistica di 0,8 e una potenza alfa di 0,05, per determinare significative differenze intraspecifiche nei soggetti quando si confrontano veglia, sedazione profonda e livelli intermedi di coscienza.

Analisi dei dati EEG Delta (0,1-3 Hz), theta (4-7 Hz), alfa inferiore (8-12 Hz), alfa superiore (12-15 Hz) e beta/gamma (15-40 Hz) le bande di potenza saranno utilizzate come caratteristiche per il modello di decodifica. Le caratteristiche saranno calcolate utilizzando una finestra mobile di un minuto. I livelli di coscienza identificati utilizzando la Scala di Ramsay modificata verranno abbinati alla finestra corrispondente. Per queste analisi verrà utilizzato il software Homer 2012: MNE in Python.

Analisi dei dati fNIRS Il riferimento temporale dell'emoglobina ossigenata (HbO2) e deossigenata (HHb) sarà ottenuto dai segnali ottici, utilizzando la legge di Beer-Lambert modificata. Le regioni di interesse (ROI) saranno ottenute in relazione all'attività media locale regionale. Si otterranno la media, il massimo e la pendenza del segnale di ciascuna ROI. Saranno inoltre implementate analisi in fase vettoriale, con finestre di un minuto. Per queste analisi verrà utilizzato il software Homer 2021: MNE in Python.

Classificazione utilizzando l'apprendimento automatico Per ogni finestra di un minuto, le funzionalità EEG e fNIRS verranno assegnate a un classificatore Support Vector Machine (SVM) utilizzando un raggio basale. Ogni finestra sarà collegata al livello di coscienza secondo la Scala Ramsay modificata. Saranno testati tre modelli: solo EEG, solo fNIRS e fNIRS + EEG. Ogni modello cercherà di decodificare il livello di coscienza del paziente utilizzando la suddetta scala.